中间包双板多孔挡墙流动控制去除夹杂物效果的模拟研究

为净化钢液、提高夹杂物在中间包内的上浮率,提出一种新型中间包挡墙流动控制形式——双板多孔挡场流动控制通过数值模拟方法结合水模型实验,对中间包内流体流动及夹杂物的传输行为进行了分析研究．结果表明,采用多孔挡场流动控制可以有效地改变中间包内流场分布,促进夹杂物上浮,提高钢水清洁度     

中间包双板多孔挡墙流行控制去除夹杂物效果的模拟研究

为净化钢液、提高夹杂物在中间包内的上浮率,提出一种新型中间包挡墙流动控制形式－双板多孔挡墙流动控制。通过数值模拟方法结合水模型实验,对中间包内流体流动及夹杂物的传输行为进行了分析研究。结果表明,采用多孔挡墙流动控制可以有效地改变中间包内流场分布,促进夹杂物上浮,提高钢水清洁度。     

连铸中间包内夹杂物去除机理的水模型研究

通过选择乳状液滴模拟夹杂物和连铸中间包水模型实验,考察了控流装置、浇铸速度及夹杂物粒径对中间包内夹杂物去除行为的影响规律.结果表明:挡墙-挡坝组合控流去除夹杂物效果最佳,中间包内强湍流区夹杂物的碰撞、聚合以及向上和表面流速的增加是主因;中间包注流区加入冲击槽,虽然其流体流动特征发生改变,但对夹杂物去除率的影响并不显著;浇铸速度较高时,仅靠控流装置的优化已不能很好地改善夹杂物的去除效果.     

板坯连铸中间罐结构优化及应用

对鞍钢三炼钢厂板坯连铸中间罐结构进行优化研究,发现原钢水在中间罐内的停留时间短和活塞流体积小、死区体积大,不利于钢中非金属夹杂物上浮.采用结构合理的挡墙和湍流控制装置能够改善罐内流体的流动特性,使钢包长水口注流区上方的液面流动平稳,促进钢中非金属夹杂物上浮,提高铸坯质量.     

优化高拉速板坯连铸中间包控流装置的水模型和数值模拟

通过建立模拟高拉速板坯连铸中间包内钢液流动的水模型和数值模拟,研究了挡渣墙、坝和抑湍器等控流装置对中间包内流体流动特性的影响.结果表明,有无冲击板对中间包流动特性的影响不大,抑湍器与单墙双坝的合理搭配对中间包内夹杂物有效去除的流动特性十分重要,否则会起负面影响.提出了一个控流结构优化设计的方案.     

中间包冶金新技术——离心流动中间包

基于电磁搅拌技术的离心流动中间包对分离夹杂物以满足高效连铸时对钢水清洁度的要求具有十分重要的作用.对离心流动中间包的基本构成、工作原理、冶金效果及工业应用效果分别进行了阐述,说明了离心流动中间包对洁净钢水、提高铸坯及成品材表面质量具有良好的效果.     

60Si2Mn弹簧钢连铸坯夹杂物研究

采用非水溶液电解法分离60Si2Mn钢中夹杂物,运用扫描电子显微镜观察和能谱扫描方法,对连铸坯中夹杂物的数量、尺寸、组成进行了分析。研究表明,由于钢包下渣及中间包卷渣引入的大于100μm的大型夹杂物占夹杂物总量的39.8%,是影响连铸坯质量的重要因素。     

不锈钢连铸中间包内夹杂物去除行为数值模拟

针对中间包连铸过程中夹杂物的存在易导致铸坯出现质量缺陷的问题,以不锈钢连铸中间包为研究对象,通过数值模拟方法研究了控流装置、夹杂物密度以及夹杂物尺寸等参数对中间包内夹杂物去除行为的影响规律。研究结果表明,在设置堰坝和湍流控制器中间包内,密度为2 700 kg/m3,粒径为5 μm的夹杂物去除率为63.32%,而150 μm的大尺寸夹杂物去除率可达到89.04%。当夹杂物粒径为10~50 μm,密度为2 700~4 500 kg/m3时,夹杂物密度对夹杂物去除率影响较小。无控流装置中间包时,夹杂物在顶渣层呈以中心纵截面对称的分布;设置堰坝中间包时,挡渣堰坝两侧出现了70 μm以上夹杂物密集区;设置堰坝组合湍流控制器中间包时,夹杂物主要被限制在中间包第一腔室自由液面,研究结果对于进一步发挥不锈钢连铸过程中的中间包冶金功能具有指导意义。     

连铸中间包通道式感应加热技术

连铸实践表明,低过热度的恒温浇注对获得良好的铸坯质量和稳定操作是非常重要的。但是在连铸过程中,中间包存在各种热损失,需要外部热源加以补偿,其中之一是中间包通道式感应加热技术。综述了中间包通道式感应加热技术的设备构成、加热原理、流动特征、夹杂物去除机理及使用效果等。     

连铸中间包长水口位置对流场和夹杂物去除率的影响

通过对中间包流动过程测速及选择空心玻璃微珠模拟夹杂物,对1∶2的6流连铸中间包进行水力学模拟试验,研究了长水口位置改变对中间包流场、RTD曲线以及对中间包内夹杂物去除率的影响。结果表明,长水口与6个出口连线的垂直距离由800mm增大到1 000mm时,中间包注流区流场变化不大,活塞流体积增大,夹杂物去除率增大了28.76%,提高了中间包的冶金效果。     

大型钢锭表面夹杂物分布模拟研究

采用基于热焓-多孔介质法、湍流模型、动量和质量守恒方程建立了36 t大型钢锭锭模内钢液流动、传热和凝固的数学模型。采用Lagrange方法通过跟踪单个夹杂物在钢液中的运动,探明表面夹杂物在大型钢锭中的规律性分布,讨论了不同冒口保温条件对夹杂物的去除效果。结果表明,凝固早期,钢液流动强烈,夹杂物容易被先凝固的固相区域捕捉。随着凝固过程的进行,钢液流动减弱,夹杂物以上浮运动为主。加强冒口处保温可大大提高夹杂物的去除率。     

连铸中间包中夹杂物聚合与去除的数学模型

在Euler(流场)-Lagrange(颗粒)框架下,提出了一个夹杂物运动、聚合和去除耦合的统计模型,运用此模型数值计算了连铸中间包的三维流场,对夹杂物的行为进行了Monta-Carlo模拟,计算结果显示,20,40和60μm夹杂物的总去除效率约为20％,36％和75％,其中壁面吸附的贡献占1／6—1／4,受中间包实际条件的限制,夹杂物的碰撞长大并不显著。     

中间包底部吹气过程去除夹杂物效果的模拟研究

采用数值模拟手段,结合水模型实验模拟,研究了中间包底部吹气过程对中间包内流场及夹杂物传输行为的影响.结果表明,在吹气条件下中间包采用挡墙控制有利于改善中间包流场,促进夹杂物上浮在实验条件下双板斜孔挡墙控制去除夹杂物效果优于堰-坝挡墙控制形式.     

Large Eddy Simulation of Transient Flow,Solidification, and Particle Transport Processes in Continuous-Casting Mold

The current study developed a coupled computational model to simulate the transient fluid flow, solidification, and particle transport processes in a slab continuous-casting mold. Transient flow of molten steel in the mold is calculated using the large eddy simulation. An enthalpy-porosity approach is used for the analysis of solidification processes. The transport of bubble and non-metallic inclusion inside the liquid pool is calculated using the Lagrangian approach based on the transient flow field. A criterion of particle entrapment in the solidified shell is developed using the user-defined functions of FLUENT software (ANSYS, Inc., Canonsburg, PA). The predicted results of this model are compared with the measurements of the ultrasonic testing of the rolled steel plates and the water model experiments. The transient asymmetrical flow pattern inside the liquid pool exhibits quite satisfactory agreement with the corresponding measurements. The predicted complex instantaneous velocity field is composed of various small recirculation zones and multiple vortices. The transport of particles inside the liquid pool and the entrapment of particles in the solidified shell are not symmetric. The Magnus force can reduce the entrapment ratio of particles in the solidified shell, especially for smaller particles, but the effect is not obvious. The Marangoni force can play an important role in controlling the motion of particles, which increases the entrapment ratio of particles in the solidified shell obviously.     

拉速对薄板坯连铸过程中流场、温度场及溶质偏析的影响

针对薄板坯连铸过程中的动量传输、热量传输及溶质传输过程，建立了一个三维三场耦合数学模型。模拟计算了薄板坯连铸过程中的紊流速度场、温度场及溶质场分布，计算分析了拉速变化对三场及凝固过程的影响。结果表明，提高拉速显著增强了铸坯内钢液的紊流流动，改变了温度场形状及溶质浓度的分布。提高拉速导致铸坯上表面钢液流速加快，增加了弯月面的波动，使得射流对窄壁的冲击力变大、凝固坯壳变薄，并有减小溶质偏析的趋势。     

Similarity of Mold Metallurgy

The governing equations for hydrodynamics and electromagnetism can be described by a general differential equation, which involves, in convective terms, diffusion and source. The finite-volume method, which has been widely applied in the field of computational fluid dynamics, is introduced to solve the magnetohydrodynamics equations. Numerical results show that the spatial distribution of flow field, temperature field, inclusion concentration field, and inclusion number density field are similar. All of them have the upper and lower recirculation region. But the electromagnetic field follows another rule: the symmetric static magnetic field and the symmetric flow field produce the asymmetric induced current density field and the symmetric electromagnetic force.     

流动液体中夹杂物超声去除的影响因素

以高密度聚乙烯（HDPE）颗粒和水形成的悬浮液为研究体系。考察了有无超声波作用下。介质流量、夹杂物数量以及夹杂物的粒径对总去除率、上浮去除率、壁面粘附去除率的影响。实验结果表明，在短时间内（30s)超声波对流动液体中的夹杂物具有明显的去除效果。总去除率达93％。夹杂物的总去除率随着超声波输入电功率的增大而提高；超声波对较多数量或较大粒径的夹杂物去除效果更显著。超声波作用下流动液体中的夹杂物比静止液体中的更容易去除。超声波对流动液体中夹杂物去除效果的去除机理主要是通过气泡捕获夹杂物，超声空化效应产生直接包裹夹杂物的气泡以及通过夹杂物碰撞凝聚使夹杂物容易上浮实现去除。     

6流中间包流场的数值模拟优化

采用CFD软件FLUENT对6流中间包内的流场进行了数值模拟,分析了6流中间包内的流场特征,以及有无C型挡墙的加入,中间包内流场的变化情况。模拟结果表明,C型挡墙的加入使6流中间包各流的流动更加均匀,有利于钢液温度和成分的均匀;C型挡墙的加入使6流中间包近流的平均停留时间增加,利于夹杂物的上浮去除。